多分辨率 LCD 的 GUI 架構設計與實現

1.1多分辨率顯示系統的挑戰與解決方案

1.1.1 分辨率適配的核心問題

在嵌入式系統中，同時支持不同分辨率的 LCD（如 240×160、320×480 等）面臨以下挑戰：

布局適配：同一界面元素在不同分辨率下需要調整大小和位置

字體顯示：小分辨率屏幕需要更小的字體，而大分辨率需要更清晰的字體

內存占用：高分辨率屏幕需要更多顯存，而低分辨率需要優化內存使用

渲染性能：高分辨率屏幕渲染壓力更大，需要優化渲染算法

針對這些問題， 采用以下解決方案：

抽象顯示接口：定義統一的顯示操作接口，屏蔽底層硬件差異

相對布局系統：使用百分比或相對單位定義界面元素位置和大小

字體動態縮放：根據屏幕分辨率動態調整字體大小

資源按需加載：根據當前屏幕分辨率選擇合適的圖片和字體資源

1.1.2 單色屏與彩屏的兼容性設計

同時支持單色屏和彩屏時，需要解決以下問題：

顏色表示：單色屏只有黑白兩色，而彩屏支持多種顏色

圖形渲染：彩屏支持漸變、陰影等復雜效果，單色屏需要簡化

交互反饋：彩屏可通過顏色變化提供反饋，單色屏需依賴對比度或閃爍

解決方案包括：

顏色抽象層：定義顏色映射表，將 RGB 顏色映射到單色屏的黑白值

渲染策略分離：為單色屏和彩屏分別實現不同的渲染算法

交互反饋統一：使用統一的交互反饋接口，底層根據屏幕類型實現

1.2 統一顯示抽象層設計

1.2.1 顯示接口定義

我們首先定義一個抽象的顯示接口，屏蔽不同分辨率和類型的 LCD 差異：

c

/**

 * 顯示抽象層接口定義

 * 支持不同分辨率和類型的LCD

 */

#ifndef DISPLAY_ABSTRACTION_H

#define DISPLAY_ABSTRACTION_H

#include <stdint.h>

#include <stdbool.h>

/* 顏色定義 - 采用RGB565格式 */

typedef uint16_t color_t;

/* 標準顏色常量 */

#define COLOR_BLACK       0x0000

#define COLOR_WHITE       0xFFFF

#define COLOR_RED         0xF800

#define COLOR_GREEN       0x07E0

#define COLOR_BLUE        0x001F

#define COLOR_YELLOW      0xFFE0

#define COLOR_CYAN        0x07FF

#define COLOR_MAGENTA     0xF81F

/* 顯示區域結構體 */

typedef struct

{

    uint16_t x;

    uint16_t y;

    uint16_t width;

    uint16_t height;

} rect_t;

/* 顯示設備能力結構體 */

typedef struct

{

    uint16_t width;              /* 屏幕寬度 */

    uint16_t height;             /* 屏幕高度 */

    uint8_t bits_per_pixel;      /* 每像素位數 */

    bool color_support;          /* 是否支持彩色 */

    uint16_t max_font_size;      /* 最大支持字體大小 */

    uint16_t min_font_size;      /* 最小支持字體大小 */

} display_capabilities_t;

/* 顯示接口函數指針結構體 */

typedef struct

{

    /* 基本操作 */

    void (*init)(void);

    void (*clear)(color_t color);

    void (*refresh)(void);

   

    /* 繪制基本圖形 */

    void (*draw_pixel)(uint16_t x, uint16_t y, color_t color);

    void (*draw_line)(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2, color_t color);

    void (*draw_rect)(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t width, uint16_t height, color_t color);

    void (*fill_rect)(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t width, uint16_t height, color_t color);

    void (*draw_circle)(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t radius, color_t color);

    void (*fill_circle)(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t radius, color_t color);

   

    /* 文本繪制 */

    void (*set_font_size)(uint8_t size);

    void (*set_text_color)(color_t color, color_t background);

    void (*draw_char)(uint16_t x, uint16_t y, char c);

    void (*draw_string)(uint16_t x, uint16_t y, const char* str);

   

    /* 圖像繪制 */

    void (*draw_image)(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t width, uint16_t height, const uint16_t* data);

   

    /* 獲取顯示能力 */

    void (*get_capabilities)(display_capabilities_t* caps);

} display_interface_t;

/* 獲取當前顯示接口實例 */

display_interface_t* get_display_interface(void);

/* 設置當前顯示接口實例 */

void set_display_interface(display_interface_t* display);

#endif /* DISPLAY_ABSTRACTION_H */

1.2.2 顯示接口實現

下面是顯示接口的基礎實現，提供了統一的操作入口：

/**

 * 顯示抽象層實現

 */

#include "display_abstraction.h"

/* 當前顯示接口實例 */

static display_interface_t* current_display = NULL;

/* 獲取當前顯示接口實例 */

display_interface_t* get_display_interface(void)

{

    return current_display;

}

/* 設置當前顯示接口實例 */

void set_display_interface(display_interface_t* display)

{

    current_display = display;

}

/* 通用繪制函數 - 使用當前顯示接口 */

void display_clear(color_t color)

{

    if (current_display && current_display->clear)

    {

        current_display->clear(color);

    }

}

void display_refresh(void)

{

    if (current_display && current_display->refresh)

    {

        current_display->refresh();

    }

}

void display_draw_pixel(uint16_t x, uint16_t y, color_t color)

{

    if (current_display && current_display->draw_pixel)

    {

        current_display->draw_pixel(x, y, color);

    }

}

// 其他通用繪制函數實現...

1.3 相對布局系統設計

1.3.1 布局管理器設計

為了實現跨分辨率的 GUI 適配，我們設計一個相對布局管理器：


 

/**

 * 相對布局管理器

 * 支持基于百分比的界面元素布局

 */

#ifndef LAYOUT_MANAGER_H

#define LAYOUT_MANAGER_H

#include "display_abstraction.h"

/* 對齊方式枚舉 */

typedef enum

{

    ALIGN_LEFT,

    ALIGN_CENTER,

    ALIGN_RIGHT,

    ALIGN_TOP,

    ALIGN_MIDDLE,

    ALIGN_BOTTOM

} alignment_t;

/* 相對位置結構體 */

typedef struct

{

    float x_percent;     /* X坐標百分比 (0.0-1.0) */

    float y_percent;     /* Y坐標百分比 (0.0-1.0) */

    float width_percent; /* 寬度百分比 (0.0-1.0) */

    float height_percent; /* 高度百分比 (0.0-1.0) */

    alignment_t h_align; /* 水平對齊方式 */

    alignment_t v_align; /* 垂直對齊方式 */

} relative_position_t;

/* GUI元素基類 */

typedef struct gui_element

{

    char* id;                      /* 元素ID */

    relative_position_t position;  /* 相對位置 */

    bool visible;                  /* 是否可見 */

   

    /* 繪制函數 */

    void (*draw)(struct gui_element* element);

   

    /* 事件處理函數 */

    bool (*handle_event)(struct gui_element* element, void* event);

   

    /* 布局計算函數 */

    void (*calculate_layout)(struct gui_element* element, rect_t* parent_rect);

   

    /* 實際屏幕位置 */

    rect_t screen_rect;

   

    /* 指向下一個元素的指針 */

    struct gui_element* next;

} gui_element_t;

/* 布局管理器 */

typedef struct

{

    gui_element_t* elements;       /* 元素鏈表 */

    display_interface_t* display;  /* 顯示接口 */

    rect_t root_rect;              /* 根區域 */

} layout_manager_t;

/* 初始化布局管理器 */

void layout_manager_init(layout_manager_t* manager, display_interface_t* display);

/* 添加GUI元素 */

void layout_manager_add_element(layout_manager_t* manager, gui_element_t* element);

/* 移除GUI元素 */

void layout_manager_remove_element(layout_manager_t* manager, gui_element_t*

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